Die Schmierung der Verbrennungsmotoren. Von Ing. Spettmann. SPETTMAN, Die Schmierung der Verbrennungsmotoren. Wenn sich auch heute die Verbrennungskraftmaschinen aller Art sowohl in Klein- als auch in Großbetrieben eines besonderen Vorzuges erfreuen, so dürfte doch der Allgemeinheit über die Wartung und Pflege, insbesondere auch über die Kühlung und Schmierung dieser Maschinen, noch sehr wenig bekannt sein. Bei allen Verbrennungskraftmaschinen, seien es nun Gas- oder Oelmotoren, entstehen durch die Verbrennung des Treibmittels sehr hohe Temperaturen. Diese betragen bei der Zündung ungefähr 1200 bis 1800° C; sie sinken zwar mit der Expansion, haben aber beim Verbrennungshub im Durchschnitt immer noch eine Höhe von 1000° C. Lediglich durch eine gute Kühlung aller mit den heißen Gasen in Berührung kommenden Maschinenteile kann dem schädlichen Einfluß dieser Temperaturen auf die Festigkeit des Materials begegnet und eine wirksame Schmierung sowie ein sicherer Betrieb gewährleistet werden. Bei allen doppeltwirkenden Verbrennungsmaschinen müssen deshalb Zylinder, Zylinderdeckel, Anlaßventile, Kolben und Kolbenstangen durch Wasserumlauf gekühlt werden, während man sich bei den mit Tauchkolben versehenen Maschinen auf die Kühlung der Zylinder und Zylinderköpfe beschränken kann, da bei den offenen Kolben eine genügende Abfuhr der Wärme durch die Luft stattfindet. Als obere Temperaturgrenze für das abfließende Kühlwasser sollen bei Großgasmaschinen 40 bis 50° C. und bei Gas- und Dieselmotoren 50 bis 70° C. im allgemeinen nicht überschritten werden. Infolge der bedeutenden Wärmeabfuhr beträgt die Temperatur der Zylinderwandungen im Durchschnitt nicht mehr als 100 bis 150° C., ungeachtet der hohen Verbrennungstemperatur; und diese Temperatur bildet die Grundlage für die Schmierung der Verbrennungsmaschinenzylinder. Bei der Schmierung der Verbrennungsmaschinen unterscheidet man die Schmierung der Arbeitszylinder, die der Luftkompressoren und die des Triebwerks. Aus den obigen über die Kühlung gemachten Ausführungen geht hervor, daß bei allen Arten von Verbrennungsmaschinen, sowohl Gas- oder Oelmaschinen, Klein- und Großmotoren, dieselben Verhältnisse für ihre Schmierung in Betracht kommen, weil bei sämtlichen vorkommenden Bauarten und Systemen ungefähr gleich hohe Drucke und Temperaturen herrschen. Es wäre nun aber durchaus verkehrt, wenn man mit Rücksicht auf die hohen Verbrennungstemperaturen ein möglichst schweres, hoch entflammbares Oel, wie z.B. bei Heißdampfmaschinen, zur Zylinderschmierung verwendenwürde, denn die Temperaturhöhe im Verbrennungsmaschinenzylinder ist keineswegs in dem gleichen Grade maßgebend für das Schmiermittel, wie die Temperatur des Heißdampfes. Während nämlich bei den Dampfmaschinen keine Kühlung der Zylinderlaufflächen vorhanden ist und der Dampf als Träger und Verteiler des Dampfzylinderöles benutzt wird, das Oel also dauernd der hohen Temperatur des Frischdampfes ausgesetzt ist, muß man bei den Verbrennungsmaschinen mit der gekühlten Lauffläche rechnen und die Wandungs- oder sogenante direkte Schmierung anwenden. Da bei der Wandungsschmierung das Schmiermittel unmittelbar auf die Verbrauchsstelle, d.h. auf die Wandungen des Zylinders oder des Kolbens und der Kolbenringe gebracht wird, so kann auch für die Auswahl des Oeles zur Zylinderschmierung der Verbrennungsmaschinen niemals die Verbrennungstemperatur der Ladung in Frage kommen, sondern nur die Temperatur der Zylinderwandung und der Kolbenmantelfläche, welch letztere die Verteilung des Oeles übernimmt. Von diesen Gesichtspunkten aus betrachtet, beträgt die zweckmäßige Höhe des Flammpunktes des zu verwendenden Schmieröles 190 bis 200° C. Bedingung ist aber für diese Oele, daß sie vollkommen rückstandlos verbrennen, damit sich nicht Rückstände des verbrannten Oeles im Arbeitszylinder ansammeln und zu Frühzündungen oder Beschädigungen von Zylinder, Kolben und Kolbenringen Veranlassung geben können. Die Belastung der Laufflächen durch das Kolbengewicht sowie die Spannung der Kolbenringe bleiben selbst bei dem langen Kolben des Zweitaktmotors noch erheblich hinter dem Belastungswert einer Gleitbahn durch den Kreuzkopf zurück. Es geht hieraus zur Genüge hervor, daß an die Viskosität oder Zähflüssigkeit eines Oeles keine besonders hohen Anforderungen gestellt zu werden brauchen, sondern daß ein solches Oel vollständig genügt, welches bei der Schmierung von normal belasteten Maschinenteilen, z.B. eines Kreuzkopfes, gute Dienste leistet. Man tut aber gut, ein Oel von nicht zu geringer Viskosität zu wählen, da mit der Dünnflüssigkeit bekanntlich der Ölverbrauch steigt. Zu empfehlen ist eine Viskosität von 4 bis 8 Engler-Graden bei 50° C. Das Oel wird dem Zylinder unter Druck zugeführt, und zwar werden die Oelzuführungsstellen bei einseitig wirkenden Kolben so angeordnet, daß sie außerhalb des Verbrennungsraumes liegen und das Oel bei der äußern Totpunktstellung zwischen den ersten und zweiten Kolbenring gelangt. Bei liegender Bauart ist nur eine Zuführungsstelle im Scheitel des Zylinders vorgesehen, während bei stehenden Maschinen drei bis vier Zuführungsstellen auf dem Umfang des Zylinders gleichmäßig verteilt sind. Da bei den doppelt wirkenden Maschinen, die Oelaustrittsöffnungen mit dem Verbrennungsraum in Verbindung kommen, so sind die Oelleitungen hierbei unmittelbar am Zylinder durch ein Rückschlagventil abzuschließen. Bei diesen Maschinen in liegender Anordnung wird der Kolben meistens an sechs Stellen geschmiert, die mehr oder weniger gleichmäßig auf dem Zylinderumfang verteilt sind. Zur Erzielung einer besseren Oelverteilung sind an der Austrittsstellung des Oeles Schmiernuten angebracht. Große Sorgfalt, besonders bei den Groß-Dieselmaschinen, erfordert die Schmierung der Stopfbüchsen, und zwar muß diese unter Druck geschehen. Wegen der großen Drucke und hohen Temperaturen im Zylinder sind die Stopfbüchsen nur schwer dicht zu halten und müssen deshalb als lange Metallpackungen ausgeführt werden, um so mehr, als die infolge etwaiger Undichtigkeit der Stopfbüchse austretenden Gase einen starken Geruch erzeugen und schwere gesundheitliche Schädigungen des Maschinenpersonals herbeiführen können. Die Schmierung der Luftkompressoren erfordert ein hochwertiges, reines Mineralöl, welches einen sparsamen Verbrauch gestattet und unter dem Einfluß der Temperaturen möglichst wenig zur Verharzung neigt. Denn in den Luftkompressoren herrschen, trotz der wirksamen Wasserkühlung, immer noch Temperaturen von maximal 250 bis 300° C., während die Temperatur der Wandungen etwa 100° C. beträgt. Bei Störungen an den Ventilen können aber unter Umständen Temperaturen bis über 500° C. vorkommen und damit die Gefahr einer Explosion angesammelten Schmieröls naherücken. Die Schmierölzufuhr geschieht am. Niederdruckkolben in ähnlicher Weise wie beim Kraftzylinder einseitig wirkender Motoren. Die Schmiergefäße müssen eine sehr genaue Einstellung der Oelmengen und eine leichte Kontrolle gestatten, da zu reichliche Schmierung die Bildung von Oelrückständen am Kolben, an den Ventilen und in den toten Räumen zur Folge hat und außerdem Oelansammlungen die erwähnte Gefahr einer Explosion bilden können. Die Zuführung des Oeles zu den einzelnen Stellen des Triebwerkes kann mittels Tropf-, Ring- oder Druckschmierung erfolgen; die letztere Art kommt indes ausschließlich für Großmotore in Betracht, während bei den kleineren Maschinen die Tropf- und Ringschmierung schon lange zur Anwendung gelangt und deshalb als hinreichend bekannt vorausgesetzt werden kann. Aus diesem Grunde soll hier auch nur auf die Druckumlaufschmierung von Großmotoren näher eingegangen werden. Das Oel verteilt sich hierbei von einem Hochbehälter, der sich etwa 5–6 m über der Maschinenmitte befindet, auf die verschiedenen Verwendungsstellen, und zwar auf die Kurbelwellenlager, Kurbellager, Gleitschuh- und Kreuzkopflager. Nach dem Durchgang durch die Lager läuft das Oel in einem Behälter im Maschinenkeller zusammen, wo es ausruht, gereinigt, gekühlt und von einer Pumpe in den Hochbehälter zurückbefördert wird, um dann seinen Kreislauf von neuem zu beginnen. Auf diese Weise erzielt man eine reichliche Schmierung mit gekühltem Oel und kann bei Verwendung einer guten Qualität infolge der langen Brauchbarkeit sehr sparsam arbeiten. Der Inhalt eines solchen Umlaufsystems beträgt meistens 300 bis 500 kg Oel und reicht bei Tag- und Nachtbetrieb und bei Ergänzung der geringen verlorengehenden Menge ein ganzes Jahr aus, vorausgesetzt natürlich, daß das verwendete Oel eine entsprechend guteQualität besitzt, d.h. es kommen für die Schmierung der Gasmotorenzylinder nur solche Oele in Betracht, welche durchaus frei von Substanzen sind, die Neigung zur Rückstandsbildung zeigen und daher sollten hier stets nur reine Mineralöle verwendet werden, weil vegetabilische und animalische Oele, auch wenn sie mit Mineralöl vermischt worden sind, stets Kohlenrückstände absetzen. Diese Rückstände rufen, da stets Oel, hauptsächlich bei reichlicher Schmierung, in den Verpuffrungsraum gelangt, die überaus lästigen und schädlichen Vorzündungen hervor, wodurch der gleichmäßige Gang und die Betriebssicherheit des Motors gefährdet wird. Ein weiterer Uebelstand bei Verwendung von unreinen und Rückstände bildenden Oelen ist die Verstopfung der Schmierrohre. Wenn man die Verstopfung bemerkt, ist es meistens zu spät und sind Kolben und Zylinder bereits zerfressen. Um in dieser Hinsicht jede Sicherheit zu haben, ist es gut, mindestens einmal in der Woche, am besten im Verhältnis 2 : 8 dem Zylinderöl etwas Petroleum zuzusetzen. Etwaige durch schmutziges Gas verursachte Rückstände werden dadurch aufgelöst und entfernt. Aber auch, wenn vollkommen reine Mineralöle verwendet werden, hört man oft die Klage, daß neu in Gebrauch genommene Oele im Gegensatz zu früher erhältlichen zu Vorzündungen Anlaß gäben. Dies kann der Fall sein, wenn das vorher benutzte Oel einen höheren Zündpunkt hat und man die gleiche Menge des neuen Oeles dem Zylinder zuführt wie vorher. Vermindert man die Oelzufuhr zum Zylinder des Motors bis auf die zur guten Schmierung des Kolbens nötige Menge, so hören die Vorzündungen meistens auf. Bleibt diese Unregelmäßigkeit trotzdem noch bestehen, so ist die Ursache in starker Undichtigkeit des Kolbens zu suchen. Beim Ansaugen des Luft- und Gasgemisches gelangt gleichzeitig eine kleine Menge Oel in den Explosionsraum; das Oel wird durch Berührung mit den Wandungen, welche eine höhere Temperatur als der Zündpunkt des Oeles haben, entflammt und verursacht eine Explosion, bevor die Kompression des Luft- und Gasgemisches den Höchstgrad erreicht hat und die Kurbel des Motors über die Totlage hinweg gedreht ist, d.h. auf Ansprung steht. Haben mit vorher benutztem Oele überhaupt keine Vorzündungen stattgefunden und ist dieser Uebelstand erst seit Verwendung eines neuen Oeles aufgetreten, so läßt sich dies häufig wiederum auf Undichtigkeit des Kolbens zurückführen. Rückstände des früher benutzten Oeles haben zusammen mit den Unreinigkeiten des Gases eine scheinbare Dichtung des Kolbens bewirkt. Nachdem das neue Oel seine reinigende Wirkung ausgeübt, d.h. die Rückstände aufgelöst hat, kommt die Undichtigkeit des Kolbens zum Vorschein, und der Uebelstand der Vorzündungen ist da. Für die Rückstandsbildung ausschlaggebend ist folgendes: Je nach der Beschaffenheit des verwendeten Brennstoffes ist eine mehr oder weniger starke Reinigung des Gases nötig. Vollkommen gut und einwandfrei lassen sich bis heute eigentlich nur Anthrazit und Koks vergasen, zwei fast vollkommen teerfreie Kohlenstoffe. Man strebt natürlich besonders unter den heutigen Verhältnissen dahin, auch die billigen Brennstoffe zu benutzen; Steinkohle, Braunkohle, Torf, also bituminöse, teerhaltige Brennstoffe. Das Generatorgas dieser jüngeren Kohlensorten gibt jedoch leicht zu Betriebsstörungen Veranlassung, da sich die teerartigen Kohlenwasserstoffe, die durch die Reinigung nicht völlig zurückgehalten werden können, im Zylinder, an den Ventilen und in den Rohrleitungen niederschlagen und durch unvollkommene Verbrennung verschmutzenden Ruß bilden. Es ist selbstverständlich, daß derartige vom Gas herrührende Rückstände sich mit dem Schmieröl verbinden und so den Anschein erwecken, als ob es sich um Rückstände des Schmieröls allein handelt. Um die Reinigung von Kolben, Zylinder und Ventilen des Motors möglichst zu beschränken, muß stets auf eine gute Reinigung des Generatorgases durch Koksskrubber und Trockenreiniger Gewicht gelegt werden. Die Ausscheidung des Teers muß durch Stoßreiniger oder bei bituminösen Brennstoffen durch möglichst völlige Verbrennung des Teers geschehen. Bei den Gichtgasmotoren handelt es sich um mit den Abgasen der Hochöfen getriebene Motoren. Das Gichtgas ist seiner Zusammensetzung nach ähnlich dem Generatorgas, nur hat es einen geringeren Heizwert. Die durch die Verbrennung des wärmearmen Gichtgasgemisches im Zylinder entstehende Verbrennungstemperatur ist niedriger als die Verbrennungstemperatur der Leuchtgas- und Kraftgasgemische. Die Folge davon ist eine geringe Erhitzung des Zylinders und ein verhältnismäßig geringer Kühlwasserverbrauch. Der größte Uebelstand und das schwerste Hemmnis für die Verwertung der Hochofengase als Motorenbrennstoff ist der hohe Staubgehalt der Gase. Die bestehenden Vorrichtungen zur Reinigung der Gase für Zwecke der Winderhitzung und der Dampfkesselbeheizung genügen hier nicht mehr. Nur durch eine äußerst gründliche Naßreinigung durch Rieseltürme und andere Wascher und durch Sägespäntrockenreiniger gelingt es, den Koks-, Eisenerz- und Kalkstaub der Gichtgase und die vielen gefährlichen, feineren Staubarten und Metalldämpfe zurückzuhalten, bevor das Gas dem Motor zugeführt oder in einem Sammelbehälter zunächst aufgespeichert wird. Es ist wiederum selbstverständlich, daß, sobald nur einer der verschiedenen Reiniger nicht einwandfrei arbeitet, überlastet wird oder dergleichen, schädliche Stoffe in den Zylinder des Motors gelangen und hier die bekannten Rückstandsbildungen zeitigen; Rückstandsbildungen, die, nachdem sie sich mit dem Schmieröl vermischt haben, sehr leicht dem letzteren überhaupt zugeschoben werden. Eine besondere Art von Motoren sind die Oelmotoren, welche mit flüssigem Brennstoff betrieben werden. Im Gegensatz zu den mit vergastem Benzin, Spiritus oder Petroleum, mit Generator- oder Hochofengas arbeitenden Motoren gelangt hier flüssiger, allerdings fein zerstäubter Brennstoff als Treibmittel zur Verwendung. Am bekanntesten ist der Dieselmotor, in dem vom Petroleum bis zum Masut sich alle möglichen Stoffe verbrennen lassen. Neuerdings gelangen sogar Teerölgemische zur Verwendung. Es liegt in der Natur der Sache, daß schwer verbrennbare Substanzen schon durch den, wenn auch durch eine nadelfeine Düse zerstäubten Brennstoff in den Zylinder gelangen können und hier Rückstände bilden, die sich mit dem Schmieröl vereinigen. Bei allen Motoren, insbesondere aber bei Diesel-Motoren, handelt es sich bei der Kraftentwicklung um einen Verbrennungsprozeß. Dieser Verbrennungsprozeß kann nur vollkommen vor sich gehen, wenn das dem Zylinder vor dem jeweiligen Arbeitshub zugeführte Gemisch auch genügende Mengen an sauerstoffhaltiger Luft hinzugefügt erhält. Erscheinungen unvollkommener Verbrennung finden wir im täglichen Leben, wenn wir an die schwelende Petroleumlampe denken, oder an die schwarzen Rauchwolken des Schornsteins. Bei beiden scheidet sich der nicht zur Verbrennung gelangte Kohlenstoff in Form einer schwarzen Masse aus. Genau so ist es auch im Motorzylinder. Die verschiedenen Gasarten und Treibölarten sind an und für sich schon verschieden. Sie verlangen demgemäß auch ganz verschiedene Luftmengen. Für eine vollkommene Verbrennung beispielsweise benötigt Leuchtgas für 1 m3 7,5–10 m3 atmosphärische Luft; Generatorgas 1,1 bis 1,4 m3; Gichtgas 1,0–1,2 m3 und das wiederum sehr kohlenstoffreiche Koksofengas 7 m3. Die vor dem jeweiligen Arbeitshub dem Zylinder zugeführte Gas- oder Oelmenge erfordert dementsprechend bei Veränderung der Quantität oder Veränderung der Qualität auch eine Veränderung der atmosphärischen Luftzufuhr. Aendert sich das eine oder andere unbemerkt, ohne daß auch die letztere eine Aenderung erfährt, d.h. also der Motor reguliert wird, so ergibt sich, daß eine unvollkommene Verbrennung bei zu geringem Sauerstoffgehalt vor sich geht und durch diese auch bei sonst einwandfreiem Triebgas oder Treiböl Rückstände entstehen können.